课程设计报告-模电.doc

江汉大学物理与信息工程学院课程设计报告课题名称：方波、三角波、正弦波函数发生器 专 业： 电子信息工程1班 班 级： B12073011 学 号： 122207301114 学生姓名： 刘立 指导教师： 王芳 2013年12月14日方波、三角波、正弦波函数发生器一、 设计目的及任务1、 设计目的1) 掌握电子系统的一般设计方法2) 掌握模拟IC器件的应用培3) 养综合应用所学知识来指导实践的能力4) 掌握常用元器件的识别和测试5) 熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法2、 设计要求1) 设计一个能产生正弦波、方波、三角波信号发生器2) 能同时输出一定频率一定幅度的3种波形：正弦波、和三角波3、 技术指标1) 频率范围 ：在1001KHz范围内可调2) 输出波形：稳定、无明显失真二、 设计方案1、 正弦波产生电路1) 产生正弦振荡的条件:正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路；反馈网络；选频网络；稳幅电路个部分。2) 正弦波振荡电路的组成判断及分类：a) 放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，电路获得一定幅值的输出值，实现自由控制。b) 选频网络：确定电路的振荡频率，是电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。c) 正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于其反馈信号。d) 稳幅环节：也就是非线性环节，作用是输出信号幅值稳定。 3) 判断电路是否振荡。方法是： a) 是否满足相位条件，即电路是否是正反馈，只有满足相位条件才可能产生振荡b) 放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作是否合适；c) 是否满足幅度条件4) 正弦波振荡电路检验，若：a) 则不可能振荡；b) 振荡，但输出波形明显失真；c) 产生振荡。振荡稳定后。此种情况起振容易，振荡稳定，输出波形的失真小 5) 分类：按选频网络的元件类型，把正先振荡电路分为：RC正弦波振荡电路；LC正弦波振荡电路；石英晶体正弦波振荡电路。我们选择RC正弦波振荡电路产生正弦信号 常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联式正弦波振荡电路，它又被称为文氏桥正弦波振荡电路。 串并联网络在此作为选频和反馈网络。它的电路图如图（1）所示： 它的起振条件为： 。它的振荡频率为： 它主要用于低频振荡。要想产生更高频率的正弦信号，一般采用LC正弦波振荡电路。它的振荡频率为： 。石英振荡器的特点是其振荡频率特别稳定，它常用于振荡频率高度稳定的的场合。图(1)2、 方波产生电路方法：由正弦波通过过零比较器得到过零比较器原理： 图（a）为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图（b）为（a）图比较器的传输特性。(a)(b) 当UiUR时，运放输出低电平，Dz正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即：Uo=-UD。因此，以UR为界，当输入电压Ui变化时，输出端反映两种状态。高电位和低电位。3、 三角波产生电路方法：三角波通过方波积分得到积分电路如图：当输入信号为方波时，其输出信号为三角波，电路波形图如下：三、 单元电路设计1、 正弦波发生电路的设计 本电路中采用RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，其电路图如下所示RC桥式正弦振荡电路该电路Rf回路串联两个并联的二极管，如上图所示串联了两个并联的1N4148，这样利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。此时输出电压系数为 Au=1+(Rf+rd)/R1 RC振荡的频率为：f0=1/(2RC) 该电路中R=10K C=0.1uF f0=1/(2*3.14*10000*10-7)1.57KHzT=1/f0=1/1570=6.369*10-4S=637s用Multisim11.0对电路进行仿真得到下图仿真波形从图中可得出仿真得出的数据与理论计算一样，电路正确。2、 方波发生电路的设计本电路中采用电压比较器将正弦波转成方波，其电路原理如下图所示波形仿真：由波形可知与理论相符合，电路正确。3、 三角波发生电路的设计本电路中方波转成三角波采用积分电路，其电路原理如下图所示积分电路图积分电路分工为： U0=-+u0(t1)电路仿真如下图所示四、 总体电路及仿真总电路图如下所示总电路图如下所示调试方法与调试过程该电路分为三部分，第一部分为RC桥式正弦振荡电路，其功能是利用RC振荡产生特定频率的正弦波；第二部分为电压比较器电路，其功能为将正弦波转成方波；第三部分为积分电路，其功能为利用积分电路将方波转成三角波； 在正弦波产生电路中f=1/(2RC),改变RC的值可以改变电路的信号频率，在电压比较器中，改变参考电压UREF的值可以改变方波的比例，五、 心得体会本次设计中采用电路模块化理念，将本来非常复杂的电路分解成一个个简单的单元电路，然后设计单元电路，单元电路设计起来就简单多了。最后将每个单元电路连接起来便成了一个复杂的，具有特定功能的电路。这种设计电路的思想在设计大型电路时尤为突出，每个工程师只需要负责自己的一块电路，然后汇总就OK了！电路仿真软件选择的是multisim，个人感觉这个仿真软件的仿真效果还是很好的，在仿真三角波的时候，出现波形是三角波，检查电路才发现是运放的同相输入端和反相输入端接反了，所以说，在做仿真的时候还要要注意细节问题。实际电路连接中，由于仿真芯片和实际实验芯片型号不一样，放大倍数不同，加之实验箱上没有对